Det finns frĂ„gor som vi har stĂ€llt eller försökt att besvara: varför Ă€r himlen blĂ„, hur mĂ„nga stjĂ€rnor finns det pĂ„ himlen, vem Ă€r starkare â den vita hajen eller spegeln, osv. Men det finns frĂ„gor som vi inte har stĂ€llt, men vars svar Ă€ndĂ„ inte blir mindre intressanta. En sĂ„dan frĂ„ga Ă€r följande â vad viktigt har forskare frĂ„n Lunds universitet (Sverige), Witwatersrand universitet (Sydafrika), Stockholms universitet (Sverige) och WĂŒrzburg universitet (Tyskland) gemensamt beslutat att utforska? Det mĂ„ste vara nĂ„got mycket viktigt, mycket komplicerat och otroligt anvĂ€ndbart. Det Ă€r svĂ„rt att sĂ€ga med sĂ€kerhet, men det Ă€r definitivt ganska fascinerande, nĂ€mligen â hur gödselbaggar orienterar sig i rummet. Vid första anblicken verkar allt trivialt, men vĂ„r vĂ€rld Ă€r full av saker som inte Ă€r sĂ„ enkla som de verkar, och gödselbaggarna bekrĂ€ftar detta. SĂ„, vad Ă€r sĂ„ unikt med navigationssystemet hos gödselbaggen, hur har forskarna kontrollerat detta och vad har konkurrens med saken att göra? De och andra frĂ„gor kommer vi att fĂ„ svar pĂ„ i forskargruppens rapport. LĂ„t oss börja.
Huvudpersonen
Först och frÀmst bör vi lÀra kÀnna huvudpersonen i denna studie. Han Àr stark, flitig, envis, vacker och omtÀnksam. Han Àr en gödselbagge frÄn superfamiljen Scarabaeoidea.
Gödselbaggar har fÄtt sitt inte sÄ attraktiva namn pÄ grund av sina gastronomiska preferenser. à ena sidan Àr det lite avskyvÀrt, men för gödselbaggen Àr det en utmÀrkt kÀlla till nÀringsÀmnen, vilket gör att de flesta arter i denna familj inte behöver andra kÀllor till mat eller ens vatten. Det enda undantaget Àr arten Deltochilum valgum, vars individer gÀrna smaskar pÄ mÄngfotingar.
Gödselbaggarna kan avundas av de flesta andra levande varelser nÀr det kommer till deras utbredning, eftersom de finns pÄ alla kontinenter förutom Antarktis. Deras livsmiljö varierar frÄn kalla skogar till brÀnnheta öknar. Det Àr uppenbart att det Àr lÀttare att trÀffa pÄ ett stort antal gödselbaggar i omrÄden dÀr djur finns, som Àr "fabriker" för att producera deras föda. Gödselbaggar föredrar att lagra mat för framtiden.
En kort video om gödselbaggar och svÄrigheterna i deras livsstil (BBC, David Attenborough).
Olika arter av skalbaggar har sina egna beteendemÀssiga anpassningsfunktioner. Vissa formar bollar av avföring som de rullar bort frÄn samlingsplatsen och grÀver ner i sitt bo. Andra grÀver tunnlar under jorden och fyller dem med mat. Och de tredje, som kÀnner till talesÀttet om Muhammed och berget, lever helt enkelt i högar av avföring.
Matreserver Àr viktiga för skalbaggen, men inte bara av överlevnadsskÀl utan ocksÄ för att ta hand om framtida avkommor. Anledningen Àr att larverna av gödselbaggarna lever av det som deras förÀldrar samlat tidigare. Ju mer avföring, det vill sÀga mat för larverna, desto större chans att de överlever.
Jag stötte pĂ„ en sĂ„dan formulering under informationsinsamlingen, och den kĂ€nns lite konstig, sĂ€rskilt den sista delen:âŠHanar slĂ„ss om honor, stĂ€ller sig med fötterna mot vĂ€ggarna i tunneln och trycker motstĂ„ndaren med hornlika utskott⊠Vissa hanar har inga horn och slĂ„ss dĂ€rför inte, men har större könskörtlar och vaktar en hona i en intilliggande tunnelâŠ
NÄvÀl, lÄt oss gÄ frÄn lyrik direkt till sjÀlva studien.
Som jag nÀmnde tidigare formar vissa arter av gödselbaggar bollar och rullar dem i en rak linje utan att bry sig om kvaliteten och komplexiteten pÄ den valda vÀgen, in i boet för lagring. Just detta beteende av dessa skalbaggar Àr vi mest bekanta med tack vare otaliga dokumentÀrfilmer. Vi vet ocksÄ att förutom styrka (vissa arter kan lyfta 1000 gÄnger sin egen vikt), gastronomiska preferenser och vÄrd för avkomman Àr gödselbaggar bra pÄ att orientera sig i rummet. Dessutom Àr de de enda insekterna som kan navigera pÄ natten efter stjÀrnorna.
I Sydafrika (observationsplatsen) formar gödselbaggen en boll och börjar rulla den i en rak linje i en slumpmÀssig riktning sÄ lÄngt bort frÄn konkurrenterna som möjligt, som inte tvekar att ta ifrÄn honom den insamlade maten. För att flykten ska vara effektiv mÄste man dÀrför röra sig i samma riktning hela tiden utan att avvika frÄn kursen.
Solen Àr den primÀra orienteringspunkten, som vi redan vet, men det Àr inte den mest pÄlitliga. Solens höjd förÀndras under dagen, vilket minskar orienteringsnoggrannheten. Varför börjar dÄ grÀshopporna inte snurra runt, bli förvirrade och kontrollera kartan vartannat minut? Det Àr logiskt att anta att solen inte Àr den enda informationskÀllan för rumslig orientering. HÀr har forskarna föreslagit att vinden, mer exakt dess riktning, fungerar som en sekundÀr orienteringspunkt för insekterna. Detta Àr inte unikt, eftersom myror och till och med kackerlackor kan anvÀnda vinden för att hitta vÀgen.
I sin studie beslutade forskarna att undersöka hur skymningarslarver anvÀnder denna multimodala sensoriska information, nÀr de föredrar att orientera sig efter solen och nÀr efter vindriktningen, samt om de anvÀnder bÄda alternativen samtidigt. Observationer och mÀtningar genomfördes i den naturliga livsmiljön för forskningsobjekten, samt i simulerade kontrollerade laboratorieförhÄllanden.
Forskningsresultat
I denna forskning spelade skalbaggen av arten Scarabaeus lamarcki, och observationerna i den naturliga miljön genomfördes pÄ gÄrden "Stonehenge", som ligger nÀra Johannesburg (Sydafrika).
Bild nr 1: förÀndringar i vindhastighet under dygnet (A), förÀndringar i vindriktning under dygnet (I).
PreliminĂ€ra mĂ€tningar av vindhastighet och vindriktning genomfördes. PĂ„ natten var hastigheten som lĂ€gst (<0,5 m/s), men nĂ€rmade sig gryningen ökade hastigheten, vilket nĂ„dde en daglig topp (3 m/s) mellan kl. 11:00 och 13:00 (solens höjd âŒ70°).
Vindhastigheten Àr anmÀrkningsvÀrd eftersom den överstiger tröskeln pÄ 0,15 m/s, som krÀvs för menotaxisk orientering av skymningarslarver. Vid den tidpunkten sammanfaller vindens hastighetstopp med skymningarslarvernas aktivitetsmaximum. Scarabaeus lamarcki.
Skymningarslarver rullar sin föda i en rak linje frÄn insamlingsplatsen över ett rÀtt stort avstÄnd. I genomsnitt tar hela rutten 6.1 ± 3.8 minuter. DÀrför mÄste de följa rutten sÄ noga som möjligt under denna tidsperiod.
NÀr det gÀller vindriktningen, under den mest aktiva perioden för skymningarslarver (frÄn 06:30 till 18:30), var den genomsnittliga förÀndringen i vindriktning under tidsintervallet pÄ 6 minuter inte mer Àn 27.0°.
Genom att sammanstÀlla data om vindens hastighet och riktning under dagen, anser forskarna att sÄdana vÀderförhÄllanden Àr tillrÀckliga för multimodal navigering av skalbaggar.
Bild â2
Det Ă€r dags för observationer. För att testa möjlig pĂ„verkan av vinden pĂ„ navigationsförmĂ„ga hos gödselskalbaggar skapades en rund "arena", dĂ€r mat placerades i centrum. Skalbaggarna kunde fritt rulla de bollar de hade format i vilken riktning som helst frĂ„n centrum, under en kontrollerad stabil luftström med en hastighet av 3 m/s. Dessa tester genomfördes under klara dagar, nĂ€r solens höjd varierade under dagen pĂ„ följande sĂ€tt: â„75° (hög), 45â60° (medel) och 15â30° (lĂ„g).
FörÀndringar i luftflödet och solens position kan Àndras med 180° mellan tvÄ angrepp frÄn skalbaggen (2A). Det Àr vÀrt att notera att skalbaggarna inte lider av skleros, och dÀrför kommer de ihÄg den valda rutten efter den första passagen. Med denna vetskap tar forskarna hÀnsyn till förÀndringar i angreppsvinkeln frÄn arenan under skalbaggens efterföljande passager som en indikator pÄ framgÄngsrik navigering.
Vid en solhöjd pĂ„ â„75° (hög) var förĂ€ndringarna i azimut som svar pĂ„ förĂ€ndringen av vindriktningen med 180° mellan den första och andra passagen grupperade runt 180 ° (P <0,001, V-test) med ett genomsnittligt avvikelse pĂ„ 166.9 ± 79.3° (2B). Den förĂ€ndrade positionen av solen (en spegel anvĂ€ndes) med 180° orsakade en knappt mĂ€rkbar reaktion pĂ„ 13,7 ± 89,1° (den nedre cirkeln vid 2B).
). Det Ă€r intressant att vid medel- och lĂ„g solhöjd följde skalbaggarna sina rutter, trots förĂ€ndringar i vindriktningen â medelhöjd: -15,9 ± 40,2°; P < 0,001; lĂ„g höjd: 7,1 ± 37,6°, P <0,001 (2C och 2D). Ă andra sidan hade förĂ€ndringar i solens strĂ„lar med 180° en omvĂ€nd reaktion, det vill sĂ€ga en radikal förĂ€ndring av skalbaggens rutt â medelhöjd: 153,9 ± 83,3°; lĂ„g höjd: â162 ± 69,4°; P <0,001 (de nedre cirklarna vid 2A, 2C och 2D).
). Kanske Àr det inte vinden som pÄverkar navigeringen, utan dofterna. För att testa detta, togs de distala segmenten av antennerna bort frÄn den andra gruppen av testade skalbaggar, som ansvarar för luktsinnet. FörÀndringarna i rutten som svar pÄ förÀndringen av vindriktningen med 180°, visade av dessa skalbaggar, var fortfarande signifikant grupperade runt 180°. Med andra ord finns det inga skillnader i navigeringsförmÄga hos skalbaggar med och utan lukt.
Mellanresultatet visar att dagslÀndor anvÀnder solen och vinden för sin orientering. Under kontrollerade laboratorieförhÄllanden har det faststÀllts att vindkompassen övervÀger över solkompassen vid höga solpositioner, men situationen börjar förÀndras nÀr solen nÀrmar sig horisonten.
Denna observation antyder att det finns ett dynamiskt multimodalt kompasssystem, dĂ€r interaktionen mellan de tvĂ„ modaliteterna Ă€ndras baserat pĂ„ sensorisk information. Det vill sĂ€ga, skalbaggen orienterar sig vid alla tidpunkter pĂ„ dygnet, baserat pĂ„ den mest pĂ„litliga informationskĂ€llan för det aktuella ögonblicket (solen lĂ„g â orientera sig med solen; solen hög â orientera sig med vinden).
DÀrefter beslutade forskarna att undersöka om vinden hjÀlper skalbaggarna med sin orientering eller inte. För detta ÀndamÄl förbereddes en arena med en diameter pÄ 1 m med mat i mitten. Totalt gjorde skalbaggarna 20 försök vid hög solposition: 10 med vind och 10 utan vind (2F).
Som förvÀntat ökade nÀrvaron av vind noggrannheten i skalbaggarna orientering. Det noteras att i tidiga observationer av solkompassens noggrannhet fördubblades azimutförÀndringen mellan tvÄ pÄ varandra följande försök vid hög solposition (> 75°) jÀmfört med lÀgre position (<60°).
SĂ„ vi förstod att vinden spelar en viktig roll för gödselbaggarna orientering, vilket kompenserar för solkompassens felaktigheter. Men hur samlar skalbaggen information om vindens hastighet och riktning? SjĂ€lvklart Ă€r det mest uppenbart att detta sker genom antennerna. För att bekrĂ€fta detta genomförde forskarna tester inomhus med konstant luftflöde (3 m/s) med deltagande av tvĂ„ grupper av skalbaggar â med och utan antenner (3A).
Bild nr 3
Som det primÀra kriteriet för orienteringens noggrannhet anvÀndes azimutförÀndringen mellan tvÄ försök vid Àndring av vindriktningen med 180°.
FörĂ€ndringen av riktningen hos skalbaggarna med antenner var grupperad kring 180°, till skillnad frĂ„n skalbaggar utan antenner. Dessutom var den genomsnittliga absoluta azimutförĂ€ndringen hos skalbaggarna utan antenner 104,4 ± 36,0°, vilket starkt avviker frĂ„n den absoluta förĂ€ndringen hos skalbaggarna med antenner â 141,0 ± 45,0° (diagram pĂ„ 3B). Det vill sĂ€ga, skalbaggar utan antenner kunde inte orientera sig ordentligt efter vinden. Men de hade fortfarande en bra orientering efter solen.
PÄ bilden 3A Visar installationen av ett test för att kontrollera skalbaggarna förmÄga att kombinera information frÄn olika sensoriska modaliteter för att justera sin rutt. Under detta test fanns bÄda referenserna (vind + sol) under den första genomgÄngen eller endast en referens (sol eller vind) under den andra. PÄ detta sÀtt jÀmfördes multimodalitet och unimodalitet.
Observationerna visade att riktningarna hos skalbaggarna Ă€ndrades efter övergĂ„ngen frĂ„n multimodal till unimodal referens var koncentrerad kring 0°: endast vind: â8,2 ± 64,3°; endast sol: 16,5 ± 51,6° (diagrammen i mitten och till höger pĂ„ 3C).
Denna egenskap för orientering skilde sig inte frÄn den som erhölls nÀr tvÄ referenser (sol + vind) fanns (diagrammet till vÀnster pÄ 3C).
Detta tyder pÄ att under kontrollerade förhÄllanden kan skalbaggen anvÀnda en referens om den andra inte ger tillrÀcklig information, dvs kompensera för osÀkerheten hos en referens med den andra.
Om du tror att forskarna stannade hÀr har du fel. NÀsta steg var att kontrollera hur vÀl skalbaggarna lagrar informationen om en av referenserna och om de anvÀnder den i framtiden som en komplement. För detta genomfördes 4 försök: i det första fanns en referens (sol), i det andra och tredje lades ett luftflöde till, och under det fjÀrde fanns endast luftflödet. Det genomfördes ocksÄ ett test dÀr referenserna var i omvÀnd ordning: vind, sol+vind, sol+vind, sol.
Den preliminÀra teorin Àr att om skalbaggarna kan lagra information om bÄda referenserna i samma omrÄde av rumsligt minne i hjÀrnan, sÄ bör de behÄlla samma riktning i det första och fjÀrde försöket, dvs förÀndringar i riktningen av rörelsen bör grupperas kring 0°.
Bild nr 4
De insamlade uppgifterna om förÀndringen av azimut under den första och fjÀrde genomgÄngen bekrÀftade den ovanstÄende hypotesen (4A), vilken ytterligare bekrÀftades genom simulering, vars resultat visas i diagram 4C (till vÀnster).
Som en ytterligare kontroll genomfördes tester dÀr luftflödet ersattes med en strÄle av ultraviolett ljus (4B och 4C till höger). Resultaten var nÀstan identiska med resultaten frÄn tester med solen och luftflödet.
För en mer detaljerad förstÄelse av forskningsdetaljerna rekommenderar jag att du tittar in i och till detta.
Epilog
SammanstÀllningen av experimentresultat i bÄde naturliga och kontrollerade miljöer visade att soptarets visuella och mekanosensoriska information förenas i ett gemensamt neuronsystem och lagras som en bild av en multimodal kompass. JÀmförelsen av effektiviteten av att anvÀnda antingen solen eller vinden som referens visade att insekterna oftare anvÀnder den referens som ger dem mest information. Den andra anvÀnds som en reserv eller kompletterande.
Det kan verka ganska vanligt för oss, men vi ska inte glömma att vÄr hjÀrna Àr mycket större Àn hos den lilla skalbaggen. Men som vi förstÄtt kan Àven de minsta varelserna utföra komplexa mentala processer, eftersom överlevnad i vildmarken oftast beror antingen pÄ styrka eller intellekt, och oftast pÄ en kombination av bÄda.
Fredags-off-topic:
För bytet slÄss Àven insekterna. Och det spelar ingen roll att bytet Àr en boll av avföring.
(BBC Earth, David Attenborough)
Tack för ert intresse, förbli nyfikna och ha en fantastisk helg, allihopa! đ
Tack för att ni stannar med oss. Gillar ni vÄra artiklar? Vill ni se mer intressant material? Stöd oss genom att göra en bestÀllning eller rekommendera oss till vÀnner, 30% rabatt för Habr-anvÀndare pÄ vÄrt unika alternativ till entry-level servrar, som vi har designat för er: (alternativ med RAID1 och RAID10 finns tillgÀngliga, upp till 24 kÀrnor och upp till 40GB DDR4).
Dell R730xd till halva priset? Bara hos oss i NederlĂ€nderna! Dell R420 â 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB â frĂ„n $99! LĂ€s om
KĂ€lla: habr.com
